生物圈的繁荣发展.ppt

,生物圈的繁荣发展，能量来源主要依赖于太阳，而元素来源主要依赖于由微生物推动的物质循环。地球进化可分为：化学进化和生物学进化两个阶段。原始地球大气的组成气体：水、氨、甲烷、硫化氢等。原始海洋汇集了地壳表面大量可溶性化合物，成为诞生原始生命的摇篮,第三节微生物与自然界物质循环,地球的进化,化学进化：由无机小分子生成有机小分子物质由有机小分子物质形成生物大分子物质由生物大分子组成团聚体或微球体形式的多分子体系，并进一步演变为原始生命生物进化单极生态系统：只存在单一营养类型（异养分解者）的生态系统。原始汤中的生物为异养、厌氧、发酵代谢双极生态系统：生态系统中具备了自养与异养（即合成和分解）两个环节。自养者是蓝细菌。三极生态系统：由于不同类型原核生物间发生内共生作用，出现了真核动物细胞和真核植物细胞，形成了三极生态系统。即出现了食物链。,水体食物链（一个三极生态系统）,物质循环包括两方面：生物合成：无机物有机质化。分解作用：有机物矿化,大气中的CO2（0.032%）周转利用最快。大气中的CO2只够绿色植物约20年使用。微生物在碳素循环中的作用：把有机物中的碳元素尽快矿化和释放，从而使生物圈处于一种良好的碳平衡循环中。地球上约90%的CO2是由微生物分解作用形成的。微生物的分解作用：光合作用固定的CO2中大部分以聚糖形式积累于木本和草本植物躯干中，木材占60%，其中75%是纤维素、约20%是木质素和木聚糖、蛋白质仅占1%左右。在草本植物中多糖含量更高。分解纤维素的任务就是由土壤中的一些特殊微生物来完成的。,一、碳素循环,碳、氢、氧元素在自然界中的循环,醇+有机酸H2+CO2,CH4甲烷产生作用化石燃料,CO2+H2O,O2+“CH2O”,有氧条件下,无氧条件下,呼吸作用,光合作用,发酵作用,微生物在碳素循环中的作用,真菌：青霉、曲霉、毛霉、木霉等。放线菌：链霉菌属、小单孢菌属、诺卡氏菌属等。,分解纤维素的微生物主要是担子菌亚门非褶菌目的真菌、其它如一些放线菌、细菌和原生动物等也具有这种能力。真菌分解纤维素的能力最强，包括一些子囊菌、半知菌和担子菌。分解半纤维素的微生物：真菌在分解半纤维素的开始阶段较为活跃，后期主要靠放线菌。能分解半纤维素的真菌很多，大大超过能分解纤维素的真菌。半纤维素的分解产物有己糖、戊糖，糖醛酸等。,分解纤维素的微生物,二、氮素循环,氮元素的自然形态：铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐、有机含氮物、氮气。（一）生物固氮据70年代中期的统计全球生物圈每年生物固氮达2.4108吨，其中60由陆生固氮生物完成，40由海洋固氮生物完成。根瘤菌属每年可为每公顷土地固氮达250Kg。,（二）硝化作用（nitrification）,定义：氨态氮经消化细菌的氧化，转变为硝酸态氮的过程。过程：两阶段（1）氨亚硝酸，由亚硝化细菌（化能自养菌）参与；（2）亚硝酸硝酸。由硝化细菌（化能自养菌）参与，意义：是自然界氮素循环中不可缺少的一环，对农业无益。,（三）同化性硝酸盐还原作用（assimilatorynitratereduction）,定义：绿色植物和微生物在利用硝酸盐的过程中，硝酸盐被重新还原成NH4+后再被利用于合成各种含氮有机物的过程。,（四）氨化作用(ammonnification）,定义：含氮有机物经微生物的分解产生氨的作用。含氮有机物的种类：蛋白质、尿素、尿酸、几丁质等分解蛋白质的微生物种类：Pseudomonasfluorescens（荧光假单胞菌），Bacillusmegaterium（巨大芽孢杆菌），B.subtilis和B.mycoides（蕈状芽孢杆菌），Clostridiumputrificum（腐败梭菌）。分解尿素的细菌如Sporosarcinaureae（脲芽孢八叠球菌）和Bacilluspasteurii（巴氏芽孢杆菌）。分解几丁质的细菌如Bacteriumchitinophilum（嗜几丁杆菌）和Chromobacteriumchitinochroma（几丁色色杆菌）等。意义：含氮有机物必须经过微生物降解才能被植物利用。,（五）铵盐同化作用（assimilationofammonium）,所有绿色植物和微生物进行的以铵盐作为营养，合成氨基酸、蛋白质、核酸和其它含氮有机物的作用。,（六）异化性硝酸盐还原作用（dissimilatorynitratereduction）,定义：硝酸离子作为呼吸链的末端电子受体被还原为亚硝酸的反应。菌种：兼性厌氧菌，行无氧呼吸的菌种。,定义：由硝酸盐还原成NO2并进一步还原成N2的过程（广义）。狭义的反硝化作用仅指由亚硝酸还原成N2的过程。条件：厌氧（淹水的土壤或死水塘中）菌种：少数异养和化能自养菌。如：Bacilluslichenoformis（地衣芽孢杆菌）、Paracoccusdenitrificans（脱氮副球菌）、Pseudomonasaeruginosa（铜绿假单胞菌）、Ps.stutzeri（施氏假单胞菌）、Thiobacillusdenitrificans（脱氮硫杆菌）以及Spirillum（螺菌属）和Moraxella（莫拉氏菌属）等。意义：土壤中氮元素流失的重要原因之一。水稻田中施用化学氮肥，有效利用率只有25%左右。另外可以利用水生性反硝化细菌去除污水中的硝酸盐。,（七）反硝化作用（脱氮作用，denitrification）,定义：亚硝酸通过异化性还原可以经羟胺转变成氨，叫做亚硝酸的氨化作用。菌种：Aeromonas（气单胞菌属）、Bacillus（芽孢杆菌属）、Enterobacter（肠杆菌属）、Flavobacterium（黄杆菌属）、Nocardia（诺卡氏菌属）、Vibrio（弧菌属）和Staphylococcus（葡萄球菌属）等。,（八）亚硝酸氨化作用,三、硫素循环与细菌沥滤,（一）硫素循环（sulfurcycle）1同化性硫酸盐还原作用硫酸盐经还原后，最终以巯基形式固定在蛋白质等成分中。可由植物和微生物引起。2脱硫作用在无氧条件下，通过一些腐败微生物的作用，把生物体中蛋白质等含硫有机物中的硫分解成H2S等含硫气体的作用。,（二）细菌沥滤也称细菌冶金，主要有三步：1.溶矿：硫酸铜溶出2.置换：用铁屑置换铜3.再生浸矿剂：Fe2+Fe3+,（3）硫化作用（硫氧化）H2S或S0被微生物氧化成硫或硫酸的作用。如“贝日阿托氏菌属”（4）异化性硫酸盐还原作用硫酸作为厌氧菌呼吸链的末端电子受体而被还原为亚硫酸或H2S的作用。（5）异化性硫还原作用硫还原为H2S的作用，如Desulfuromonas（脱硫单胞菌属）,不溶性无机磷的可溶化能溶解土壤中的磷酸钙或磷灰石的微生物较